本发明专利技术涉及一种科琴黑(KB)原位包覆的硫酸铁钠正极材料的制备与应用，属于钠离子电池技术领域。具体步骤为：S1：将无水硫酸亚铁、硫酸钠和KB按照一定比例研磨后放入不锈钢球磨罐中，加入一定比例的氧化锆珠；S2：将球磨罐密封后放入球磨装置中球磨；S3：在氩气气体保护下进行干法球磨，从而实现原位碳包覆；S4：将步骤S3得到的KB原位包覆的硫酸铁钠前驱体材料转移到管式炉中；S5：在氮气保护气氛下，进行热处理；S6：将步骤S5得到的产物随管式炉冷却至室温，再手动研磨3～10min，直至肉眼未见大颗粒时，即为KB原位包覆的硫酸铁钠Na2Fe(SO4)2@KB正极材料；本发明专利技术所制备的原位碳包覆硫酸铁钠不仅展现出优异的循环稳定性和倍率性能，并且具有制备方法简单、成本低、易于放大化生产等优点，其应用低成本、长寿命钠离子电池展现出巨大的潜力。出巨大的潜力。出巨大的潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种原位碳包覆的硫酸铁钠正极材料的制备与应用
[0001]本专利技术属于钠离子电池正极材料的合成
，具体涉及一种科琴黑原位包覆的硫酸铁钠正极材料的制备与应用。
技术介绍
[0002]近年来，由于传统化石资源的匮乏以及其利用过程造成的环境污染，可在生清洁能源吸引了人们的广泛关注。然而，可再生清洁能源固有的间歇性不可避免了阻碍了其实际应用，亟需开发低成本、高安全储能体系助力其大规模引用。钠离子电池由于其成本低廉、环境友好、宽温度范围适应性、安全性能好、良好的快充性能、兼容锂离子电池现有生产设备等优势，其应用于大规模储能系统展现出巨大的潜力。
[0003]正极材料作为钠离子电池的关键组成与其电化学性能密切相关。在众多已开发的钠离子电池正极材料中，聚阴离子化合物具有稳固的聚阴离子骨架系统，化学稳定性、热稳定性以及电化学稳定性良好，展现出具有很好的循环寿命和安全性。其中，资源丰富的铁基硫酸盐由于Fe3+/Fe2+可逆氧化还原电对和SO42
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的强电负性和诱导效应，具有生产成本低、工作电压高(3.0
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3.8V)的优点，被认为是潜在的钠离子电池正极材料。然而，铁基硫酸盐材料的宽带隙特性，导致本征电子电导率很低，这极大限制了其倍率性能，严重阻碍了其进一步发展。因此，开发出一种高电导率铁基硫酸盐材料，提升其高倍率性能，从而实现其在钠离子电池中的实际应用显得尤为重要。本专利技术通过一种简单且易于放大的方法制备了原位碳包覆的硫酸铁钠正极材料，其应用于钠离子电池展现出优异的倍率性能和循环稳定性。
技术实现思路
[0004]针对硫酸铁钠正极材料导电性差致使倍率性能不佳的问题，提供了一种科琴黑原位包覆的硫酸铁钠正极材料的制备方法，高效解决了钠离子电池聚阴离子型铁基硫酸盐正极材料实际应用的技术难题，该方法制得的硫酸铁钠正极材料的电子电导率有很大的提升，表现出良好的储钠性能。
[0005]为实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提供了一种科琴黑原位包覆的化学式为Na2Fe(SO4)2@KB硫酸
[0007]铁钠正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将七水合硫酸亚铁在真空干燥箱进行真空烘干，得到无水硫酸亚铁；
[0009]S2：将无水硫酸亚铁，硫酸钠，科琴黑按照一定比例研磨后放入不锈钢球磨罐中，加入一定比例的氧化锆珠；
[0010]S3：将球磨罐密封后放入球磨装置中球磨；
[0011]S4：在氩气气体保护下进行干法球磨，从而实现原位碳包覆；
[0012]S5：将步骤S3得到的科琴黑原位包覆的硫酸铁钠前驱体材料转移到管式炉中；
[0013]S6：在氮气保护气氛下，进行热处理；
[0014]S7：将步骤S6得到的产物随管式炉冷却至室温，再手动研磨3～10min，直至肉眼未见大颗粒时，即为科琴黑原位包覆的硫酸铁钠Na2Fe(SO4)2@KB正极材料。
[0015]进一步优选，所有可溶性铁盐为七水合硫酸亚铁经真空干燥箱250℃真空干燥12h所得无水硫酸亚铁，其中，无水硫酸亚铁与硫酸钠摩尔比为2:1。
[0016]进一步优选，步骤S2中加入科琴黑，实现原位包覆，其中，无水硫酸亚铁和硫酸钠的总质量与科琴黑质量比为7:1。
[0017]进一步优选，步骤S2中，使用3mm，5mm，10mmm三种直径的氧化锆珠，其质量比为2:1:1，其中，氧化锆珠总质量与物料质量比为40:1。
[0018]进一步优选，步骤S4中惰性气体为氩气，所述干法球磨自转速率为500RPM，公转速率为250RPM，球磨时间为6h。
[0019]进一步优选，步骤S6中，管式炉升温速率为5℃/min，退火温度为350℃，退火时间为24h。
[0020]本专利技术另一方面提供了上述Na2Fe(SO4)2@KB硫酸铁钠正极材料在钠离子电池中的应用，按照80:10:10(wt％)，将Na2Fe(SO4)2@KB硫酸铁钠正极材料、科琴黑以及质量分数为5％的N
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甲基吡咯烷酮/聚偏氟乙烯(粘结剂)混合，所得的混合物用小研钵充分研磨混合均匀，转移至2ml的震荡管中，加入数颗直径3mm二氧化锆珠，利用微型震动球磨机得到混合浆料，涂敷在涂炭铝箔上，置于80℃的真空干燥箱中真空干燥6h，使溶剂蒸发完全后，裁片，称重、计算活性物质负载量。
[0021]本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提出了一种科琴黑原位包覆的硫酸铁钠正极材料的制备与应用。通过本专利技术所提出的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0022](1)本专利技术的科琴黑原位包覆的硫酸铁钠正极材料的制备方法简单，对原料利用率高，产率高，适合大规模生产。
[0023](2)本专利技术使用科琴黑进行原位包覆，在硫酸铁钠合成前的球磨阶段就加入10％导电剂科琴黑，不同于其他技术在涂布时添加科琴黑，科琴黑的提前加入能得到更加均匀分散的前驱体，前驱体经过煅烧后，硫酸铁钠被科琴黑均匀包覆，一方面提高了硫酸铁钠材料的结晶度，另一方面改善了硫酸铁钠导电性差的缺陷，提高了硫酸铁钠的电化学性能。
附图说明
[0024]图1为实施例1所得的硫酸铁钠材料Na2Fe(SO4)2@KB的XRD图；
[0025]图2为电流密度为50mAh g
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1时的充放电循环性能示意图；
[0026]图3为电流密度为50mAh g
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1时的恒电流充放电测试第1循环、第5循环和第10循环的比容量电压曲线；
[0027]图4为电流密度为500mA g
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1时的充放电循环性能示意图；
[0028]图5为1C＝100mAh g
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1电流密度下的倍率性能图；
[0029]图6为电流密度为5000mA g
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1时的充放电循环性能示意图；
具体实施方式
[0030]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不以任何方式限制本专利技术。凡是
依据本专利技术的技术实质对以下实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本专利技术技术方案的范围内。
[0031]下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0032]实施例1
[0033]步骤(1)将七水合硫酸亚铁在真空干燥箱250℃真空干燥12h，得到无水硫酸亚铁；称无水硫酸亚铁0.50477g，硫酸钠0.47388g，科琴黑0.14104g，手动研磨30分钟后放入不锈钢球磨罐中，分别加入氧化锆珠3mm、5mm和10mm，22.4g、11.2g和11.2g；通入氩气，在惰性气体保护下进行干法球磨包覆，球磨的自转速率为500RPM，公转速率为250RPM，球磨时间为6h。
[0034]步骤(2)将得到的科琴黑原位包覆的硫酸铁钠前驱体材料转移到管式炉中，在氮气保护气氛下，进行热处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种原位碳包覆的硫酸铁钠正极材料的制备及应用，其特征在于具体步骤为：S1：将七水合硫酸亚铁在真空干燥箱进行真空烘干，得到无水硫酸亚铁；S2：将无水硫酸亚铁、硫酸钠和KB按照一定比例研磨后放入不锈钢球磨罐中，加入一定比例的氧化锆珠；S3：将球磨罐密封后放入球磨装置中球磨；S4：在氩气气体保护下进行干法球磨，从而实现原位碳包覆；S5：将步骤S3得到的KB原位包覆的硫酸铁钠前驱体材料转移到管式炉中；S6：在氮气保护气氛下，进行热处理；S7：将步骤S6得到的产物随管式炉冷却至室温，再手动研磨3～10min，直至肉眼未见大颗粒时，即为KB原位包覆的硫酸铁钠Na2Fe(SO4)2@KB正极材料。2.根据权利要求1所述的一种KB原位包覆的硫酸铁钠正极材料的制备及应用，其特征在于，所有可溶性铁盐为七水合硫酸亚铁经真空干燥箱250℃真空干燥12h所得无水硫酸亚铁，其中无水硫酸亚铁与硫酸钠摩尔比为2:1。3.根据权利要求1或2所述的一种KB原位包覆的硫酸铁钠正极材料的制备及应用，其特征在于，步骤S2中加入KB，实现...
【专利技术属性】
技术研发人员：侴术雷，李林，郝志强，朱文庆，石小燕，张晓月，
申请(专利权)人：温州大学碳中和技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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